[發明專利]一種基于張拉整體結構的仿生膝關節機構

有效

• 申請號: 202010915985.6
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112060057B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 孫建偉;李維佳;劉文瑞;董家麟;姜大偉;宋廣生;劉琳;張煒
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J17/02;B62D57/032
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 王姝尹

本發明涉及一種基于張拉整體結構的仿生膝關節機構，改變了傳統仿生膝關節機構體積大、質量沉，柔度差，控制系統復雜等不足，本發明提供的基于張拉整體結構的仿生膝關節機構兼具靈活性、穩定性，結構制造簡單便捷，且張拉整體結構與四桿機構相結合，能夠實現仿生膝關節機構的自鎖，不需要通過控制實現自鎖，可以確保膝關節機器人同時具有仿生學特性和機構學特性，本發明提供的基于張拉整體結構的仿生膝關節機構結構簡單，同時，機構的運動過程模擬人類膝關節轉動過程中的股骨和脛骨之間滾動和滑動，符合人體膝關節的生物力學特性，有望大力發展，在多領域實現其實際應用價值。

技術領域

本發明涉及仿生工程技術領域，可應用于機器人、可穿戴等領域，更具體的說是涉及一種基于張拉整體結構的仿生膝關節機構。

背景技術

仿生膝關節機器人具有運動靈活性高和自適應性強等特點，在運動過程中能夠實現在非結構環境下的穩定自適應行走。與傳統工業機器人、輪式機器人等相比較，仿生膝關節機器人面對不同的環境情況，如野外復雜環境探測、避障、軍事輔助等，能夠通過調節自身形態結構或關節角度，提高與非結構環境的交互性。

而現有的仿生膝關節機構僅能夠實現人體膝關節運動功能，缺少對于部分膝關節的生物結構功能詳細的探索，一般采用簡單的鉸連接設計，僅能簡單的在結構方面模仿人膝關節生物學特征，其他生物學特征仍需要通過控制系統等進行進一步完善。雖然仿生膝關節機構在行走方面得到了極大的關注，取得了一定進展，但與人體膝關節結構相比較，仍存在體積大、質量沉，柔度差，控制系統復雜等缺點。

因此，如何研究出一種兼具靈活性、穩定性和能夠機械自鎖的仿生膝關節機構是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

為此，本發明的目的在于提出一種基于張拉整體結構的仿生膝關節機構，解決現有技術中仿生膝關節機構體積大、質量沉，柔度差，控制系統復雜的問題。

本發明提供的一種基于張拉整體結構的仿生膝關節機構，包括：

大腿支撐桿，大腿支撐桿為兩組，并對稱連接于第一組軸兩端，每一組大腿支撐桿一端內側均固定有第二齒條；

小腿支撐桿，小腿支撐桿為兩組，并對稱連接于第二組軸兩端，每一組小腿支撐桿一端內側均固定有第一齒條；

齒輪，每一組第一齒條和第二齒條之間均固定有與其配合的一組齒輪；每一組大腿支撐桿一端和小腿支撐桿一端均呈交叉狀布置鉸接，且兩組大腿支撐桿和小腿支撐桿對稱分布，對稱運動，模擬股骨和脛骨之間的相對滾動的生物力學特性；

滑動張拉組件，滑動張拉組件與齒輪固定支撐于大腿支撐桿和小腿支撐桿之間，模擬股骨和脛骨之間的相對滑動的生物力學特性；

第一鎖定桿及第二鎖定桿，第一鎖定桿為彎折的短桿，其兩端分別鉸接于大腿支撐桿和第二鎖定桿上；第二鎖定桿為彎折的長桿，其彎折方向與第一鎖定桿彎折方向相反，其兩端分別鉸接于第一鎖定桿和小腿支撐桿，形成四桿鎖定機構。

經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明公開提供了一種基于張拉整體結構的仿生膝關節機構，改變了傳統仿生膝關節機構體積大、質量沉，柔度差，控制系統復雜等不足，本發明提供的基于張拉整體結構的仿生膝關節機構兼具靈活性、穩定性，結構制造簡單便捷，且張拉整體結構與四桿機構相結合，能夠實現仿生膝關節機構的自鎖，不需要通過控制實現自鎖，可以確保膝關節機器人同時具有仿生學特性和機構學特性，本發明提供的基于張拉整體結構的仿生膝關節機構結構簡單，有望大力發展，在多領域實現其實際應用價值。

進一步地，第一組軸包括：第一轉動軸、第二連接軸及第四連接軸，每一個大腿支撐桿上均開設有形成三角形的三個軸孔，第一軸孔靠近第一鎖定桿，且用于安裝第一轉動軸連接第一鎖定桿和大腿支撐桿；第二軸孔和第三軸孔分別用于安裝第二連接軸和第四連接軸用于將兩組大腿支撐桿固定。